電容、光學、超聲波、手機指紋識別技術你了解嗎

1、你的指紋 我的指紋 全都不一樣

德國哲學家萊布尼茨說過：“世上沒有兩片完全相同的樹葉。”

我們的指紋就像每片樹葉上獨一無二的葉脈，人人皆有，終生不變，又各不相同。

正是由于指紋與生俱來的便捷性以及約 1/150 億的超低重復率，指紋識別技術成為了當今應用最廣泛的生物識別技術之一，而且與我們的生活息息相關。

比如，在你點開這篇文章的幾分鐘前，是不是用指紋解鎖手機了呀？

2、手機是怎么識別指紋的？

手機需要搭載指紋識別模塊，其工作過程通常分為三步：采集、處理、匹配。

采集

由傳感器負責識別指紋，并采集到粗略的指紋圖像。

按采集原理主要分為光學式、電容式、超聲波式，按采集方式主要分為刮擦式和按壓式。

處理

采集到的指紋圖像還需要處理。先通過灰度均衡、噪點消除、圖像增強等方法讓指紋的紋路更清晰，再通過算法提取指紋的特征數(shù)據(jù)。

10 個指紋可生成約 4900 個獨立可測量的特征，比如環(huán)型 / 弓型 / 螺旋型紋路圖案下的核心點、三角點、紋數(shù)、方向、曲率、位置等特征。

最后將這些由指紋圖像形成的特征數(shù)據(jù)存儲為用于模板。

匹配

再次采集并處理指紋后，指紋識別模塊通過算法將新指紋的特征數(shù)據(jù)與已有模板進行匹配，匹配度高于閾值則通過識別。

3、手機指紋識別技術有哪些？

文檔君主要向大家介紹，在上述采集過程中傳感器對指紋的識別技術。

電容式指紋識別技術

一種成熟的傳統(tǒng)指紋識別技術，在智能手機領域普及率較高。實現(xiàn)原理如下：

電容傳感器上有 N 個面積相同的小電容器極板，手指可以看作一個大的電容器極板，當手指接觸電容傳感器時，就形成了 N 個小電容器，它們的電容值取決于指紋到小電容器極板的距離。

指紋的“嵴”（jí）凸起，距離極板近，電容大；指紋的“峪”（yù）凹下，距離極板遠，電容小。

在放電過程中，由于電容值不同，嵴放電較慢，峪放電較快。指紋上一條條高低起伏的紋路轉(zhuǎn)換成了電信號，從而被準確識別。

電容式指紋識別有刮擦式和按壓式兩種采集方式。

刮擦式類似于全景相機，當手指在傳感器表面滑動時，傳感器對指紋“拍照”再“拼接”。

缺點在于，手指必須按照特定方向和角度進行勻速滑動，導致識別率和便捷性不太令人滿意，手機上也早已見不到刮擦式指紋識別模塊的身影啦。

按壓式作為前者的優(yōu)化方案，相信大家都非常熟悉。手指只需按壓在傳感器上，就能快速識別指紋，更易于操作。

起初，手機普遍采用將傳感器與 Home 鍵相結合的前置指紋識別方式，但隨著大屏、全面屏熱潮的掀起，手機正面沒有多余空間去容納實體按鍵了。

為了不影響屏占比，傳感器挪到了手機背部，但這種后置指紋識別方式需要用戶盲按，可能一下還按不準，不太符合用戶習慣。

許多手機又將傳感器與電源鍵結合，出現(xiàn)了側(cè)邊指紋識別方式，但容易發(fā)生誤觸。而且要想指紋的有效識別區(qū)域越大，手機就越厚，指紋識別率與手機輕薄度不可兼得。

其實對于電容式指紋識別技術，無論是刮擦還是按壓，無論是前置、后置還是側(cè)邊，在手機外表面必然有一個實體傳感器，在一定程度上會影響手機外觀。

近年來，用戶對手機的需求趨于全面大屏、機身輕薄、外形美觀等方面，手機屏幕也在從 LCD 屏幕過渡到 OLED 屏幕。

基于 OLED 屏幕的屏下指紋識別方案應運而生。將指紋傳感器放置于屏幕下方，也讓用戶在進行指紋識別時會有更強的科技感體驗。

屏下指紋識別目前有光學式和超聲波式這兩種實現(xiàn)方式。

光學式指紋識別技術

是一種生活中常見的指紋識別技術，比如應用于考勤的打卡機。主要利用光反射原理：

手指按壓屏幕，屏幕發(fā)光照亮手指按壓區(qū)域。當光線照射到指紋的“嵴”和“峪”時，會產(chǎn)生不同角度和明暗程度的反射光線，透過屏幕像素間隙，被屏幕下的光學傳感器接收，從而識別出指紋。

光學式指紋識別技術的優(yōu)點是：操作方便、穿透性好，技術成熟，成本不高。

但也有明顯缺點：無法識別皮膚真皮層，安全性較低，防偽性較差，而且屏幕特定區(qū)域需要長期發(fā)亮，增加功耗，可能影響屏幕壽命。

超聲波式指紋識別技術

是近年來的一種新興技術，類似于聲納原理。

手指按壓屏幕，屏幕下的傳感器向手指按壓區(qū)域發(fā)射超聲波。當超聲波接觸到指紋的“嵴”和“峪”時，被吸收、穿透、反射的程度有差異，會產(chǎn)生不同能量的回波并被傳感器接收，從而構建出 3D 指紋圖像。

超聲波式指紋識別技術的優(yōu)點是：穿透性強，抗水漬、污漬干擾能力強，識別率高，支持活體檢測，安全性較高。

缺點是：造價高，技術相對不太成熟，市場占有率低。

4、手機指紋識別技術怎么發(fā)展的?

大家普遍認為，摩托羅拉在 2011 年 4 月推出的 MB 860 是最早搭載指紋識別功能的智能手機，用戶在手機頂部傳感器上進行刮擦式指紋識別。

大家最熟知的，還是蘋果在 2013 年 9 月發(fā)布的 iPhone 5S，支持前置按壓式指紋識別，傳感器內(nèi)置在圓形 Home 鍵中，外圈是不銹鋼感應環(huán)。

可以說 iPhone 5S 引領了手機指紋識別的潮流，此后各種支持指紋識別的手機如雨后春筍般進入市場。

……

2014 年，華為 Mate 7：首款支持后置指紋識別的 Android 手機。

2015 年，努比亞 Z9 尊享版：首款支持側(cè)邊指紋識別的手機。

2018 年，vivo X20 Plus UD：首款支持屏下光學指紋識別的量產(chǎn)手機。

2019 年，三星 S10：首款支持屏下超聲波指紋識別的手機。

……

2023 年 3 月，努比亞首款 Ultra 旗艦機型 ——Z50 Ultra 正式發(fā)布，采用屏下光學指紋識別和第四代屏下攝像技術，為用戶帶來完美全面屏體驗！

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近年來，取消指紋識別的蘋果機型持續(xù)熱銷，影響了指紋識別總體滲透率，2022 年國內(nèi)智能手機指紋識別搭載率降至 79%。

其中，后置指紋逐漸淡出市場，而側(cè)邊指紋搶占了絕大部分中低端的 LCD 屏幕手機市場，搭載率為 44%，屏下指紋識別搭載率為 30%。

其實對于廣大用戶來說，不論是何種指紋識別技術，好用才是最關鍵的。

目前的屏下指紋識別技術，不僅延續(xù)了前置識別的便利操作，而且無需像后置和側(cè)邊識別那樣在機身設置傳感器凹槽，還能讓手機實現(xiàn)更極致的輕薄度和屏占比。

目前市場上已出現(xiàn)了搭載超聲波 3D 廣域屏下指紋識別模塊的手機，可基于雙指紋識別實現(xiàn)更多交互功能。

這也打開了我們的思路，原來指紋識別不止于解鎖手機和移動支付呀！

我們每個人有十根手指，相當于十把獨一無二的鑰匙，如何使用這些鑰匙在手機上打開更多更廣的空間呢？這是個值得思考的問題~

5、展望

屬于指紋識別技術的標簽太多：“識別率”、“識別速度”、“便捷性”、“安全性”、“性價比”…… 指紋識別技術的未來走向一定是能夠平衡這些指標的更優(yōu)解。

不久的將來，超聲波指紋識別技術可能會成為主流。

在更遠的未來，指紋識別技術是否會進化到滲透手指皮膚下提取更多特征進行識別呢？

手機指紋識別技術給我們帶來了無限的想象空間，歡迎在評論區(qū)聊聊你的看法~